Jak BIM zmienia role w procesie projektowania i budowy

Gdy w roku 1999 odwiedziłem firmę Digitales Bauen, zafascynowała mnie prezentowana tam wizja projektowania parametrycznego. Firma powstała, aby realizować w praktyce wieloletnie doświadczenia Instytutu Produkcji Budowlanej Uniwersytetu w Karlsruhe. Projektowanie parametryczne pozwala na tworzenie skomplikowanych kształtów, a także ich fabrykację. Tego rodzaju rozwiązania umożliwiają zarówno tworzenie wirtualnych modeli przestrzennych, jak i wykonywanie przez urządzenia sterowane numerycznie rzeczywistych detali o skomplikowanych kształtach. Działania zespołu koncentrowały się na stworzeniu trójwymiarowego modelu obiektu o stopniu szczegółowości pozwalającym na daleko idącą prefabrykację większości elementów przyszłego budynku.

Myślano też o stworzeniu płaszczyzny pozwalającej na bezpośrednią komunikację pomiędzy modelem a automatyczną linią produkcyjną podzespołów pracującą w systemie CNC (Computerized Numerical Control). W myśl tej koncepcji na budowie odbywałby się jedynie montaż wykonanych precyzyjnie w warunkach warsztatowych podzespołów. W tym nowatorskim zespole współdziałali na równych prawach architekci i branże inżynierskie, żeby wspólnie wypracować kompozycję modularną pozwalającą na prefabrykację jej elementów. Nie było wtedy jeszcze słychać o BIM, a projektowanie w 3D wykorzystywane było z reguły w branży mechanicznej i przemyśle samochodowym.

Miałem później okazję zwiedzać zakład produkcyjny podzespołów dla Mercedesa budowany w oparciu o tę technikę. Kompletne centrale techniczne wykonane jako moduły w kontenerach (kotłownia, sprężarkownia, wentylacja itp.) montowane były na konstrukcji stalowej, jeszcze przed pokryciem dachu. Podzespoły instalacyjne dostarczane były w konfekcjonowanych częściach (łącznie z trasami rurociągów z armaturą), które na budowie jedynie montowano. Upraszczało to zdecydowanie i usprawniało logistykę procesu budowlanego, prowadząc do zmniejszenia czasu realizacji o ponad 40%.

Generalni wykonawcy byli szczególnie zainteresowani znalezieniem rozwiązań usprawniających proces budowlany i umożliwiających jego skuteczną kontrolę na wszystkich etapach realizacji. Poszukiwano oprogramowania, które pozwalałoby już na etapie projektowania na realizację wielobranżowego modelu obiektu, możliwego do wielorakiego wykorzystania w fazie budowy i po jej zakończeniu.

W Niemczech w roku 2008 powstał w tym celu specjalny zespół pod nazwą 5D-initiative, w skład którego weszły firmy: Ballast Nedam, BAM, CCC, Max Bögl oraz Ed. Züblin. Dziś określenie BIM (Building Information Modeling) stało się powszechnie używanym w budownictwie pojęciem, w którym moduł 5D został uzupełniony o fazę 6D obejmującą kompleksowy model powykonawczy. Firma córka Ed. Züblin AG (dzisiaj Züblin Strabag) – RIB, twórca programu kosztorysowego Arriba i jego późniejszej wersji iTWO, pracuje nad powiązaniem wskaźników czasowych i kosztowych odpowiednio z fazą 4D i 5D modelu. Metodologia BIM zdobywa w Europie coraz większą popularność. Jej wdrażanie jest proporcjonalne do poziomu innowacyjności poszczególnych krajów. W holenderskim portalu USP Marketing Consultancy Dirk Hoogenboom opublikował ostatnio ciekawy artykuł prezentujący rozpowszechnienie BIM w poszczególnych krajach europejskich [1].

Analiza oparta jest na obserwacjach wykorzystania BIM od 2013 r. w przedstawionych na rys. krajach. Jak widać, wdrażanie tej metodologii przebiega sprawniej w mniejszych państwach, którym łatwiej przeprowadzić radykalne zmiany związane za stosowaniem nowatorskich technologii. Nie dziwi również niski procent w Niemczech, które są raczej zachowawcze i nieufne wobec nowości. To właśnie w Niemczech obserwowałem krótkotrwałe zainteresowanie prywatnych jednostek operacyjnych ideą „panowania nad procesem”, jednak brak kompetentnych, wielobranżowych zespołów projektowych powodował powrót do sprawdzonych i znanych metod tradycyjnych. Sektor państwowy inwestuje wprawdzie w implementację BIM bardzo poważne środki, jednak z pewnością minie jeszcze dużo czasu, zanim trend ten się upowszechni.

Jedną z przeszkód stojących na drodze upowszechnienia się tego nowatorskiego podejścia do projektowania, realizacji oraz późniejszego użytkowania jest nieunikniona zmiana ról. W obliczu uwarunkowań wynikających z powszechnego modelu generalnego wykonawstwa dominująca tradycyjnie rola architektów osiąga poziom równy z branżami inżynierskimi – jako uczestnik procesu, a nie nim sterujący. Decydującą rolę odgrywa zarządzający projektem przedstawiciel generalnego wykonawcy, który oczekuje od wszystkich partnerów redukcji kosztów i usprawnienia realizacji.

Architekt jest z reguły aktywny do momentu uzyskania pozwolenia na budowę, po czym inicjatywa przechodzi w ręce wykonawców. Im więcej problemów zostanie rozwiązanych w fazie koncepcyjnej, tym mniej szkodliwych, wymuszonych kompromisów w fazie wykonawczej. Metodologia BIM przesuwa środek ciężkości projektowania w kierunku projektu budowlanego, który teoretycznie powinien zawierać większość rozwiązań i uzgodnień, żeby w fazie wykonawczej nie trzeba było już dokonywać istotnych zmian systemowych. Do tego należy zaliczyć obligatoryjne opinie rzeczoznawców SANEPID, PIP i przede wszystkim rzeczoznawcy ppoż. Zbyt późna negatywna opinia rzeczoznawcy, np. ppoż., może wymusić konieczność powrotu do koncepcji, z wszystkimi konsekwencjami czasowymi i finansowymi.

Jedną z przeszkód stojących na drodze upowszechnienia się tego nowatorskiego podejścia do projektowania, realizacji oraz późniejszego użytkowania jest nieunikniona zmiana ról. W obliczu uwarunkowań wynikających z powszechnego modelu generalnego wykonawstwa dominująca tradycyjnie rola architektów osiąga poziom równy z branżami inżynierskimi – jako uczestnik procesu, a nie nim sterujący. Decydującą rolę odgrywa zarządzający projektem przedstawiciel generalnego wykonawcy, który oczekuje od wszystkich partnerów redukcji kosztów i usprawnienia realizacji.

Polska legislacja podąża niestety aktualnie w odwrotnym kierunku. Zmniejszenie wymagań wobec projektu budowlanego, redukcja jego wymiaru do, mówiąc drastycznie, „paru obrazków i skopiowanego z podobnego projektu opisu” są sprzeczne również z systematyką BIM, gdzie od samego początku wszystkie branże pracują wspólnie z inwestorem nad stworzeniem optymalnej kompozycji przyszłego obiektu.

Cytując autora opracowania Dirka Hoogenbooma: Oprócz umożliwienia architektom łatwiejszego wymieniania się informacjami z zainteresowanymi stronami oraz prowadzenia bieżącej kontroli nad projektami, BIM pozwala również innym zaangażowanym stronom na pobieranie i dodawanie informacji. Ta wymienność danych jest podstawową zaletą BIM. Ale oznacza to również, że BIM pozwala stronom innym niż architekt na uzyskanie wpływu na ogólny projekt. Generalny wykonawca aktywnie zaangażowany w wykorzystanie modelu BIM może na przykład wywierać wpływ na wcześniejsze etapy, tj. fazę projektowania projektu. Staje się to oczywiste, gdy przyjrzymy się projektom związanym z BIM w Holandii i Belgii, w których generalny wykonawca bierze udział w wykorzystaniu modelu BIM. W około połowie tych projektów architekt jest nadal wiodącą stroną, której chodzi o aktualizowanie i odpowiedzialność za dokładność modelu BIM. Jednak w jednym na pięć projektów w Niderlandach i jednym na sześć w Belgii ta wiodąca rola jest podejmowana przez generalnego wykonawcę. Ponadto w przypadku 1/5 projektów w obu krajach obowiązki te są dzielone między wszystkie zaangażowane strony.

Do administracyjnej kontroli modelu nie są absolutnie konieczne kwalifikacje architekta, a często są one wręcz szkodliwe. W przypadku jednego z dużych projektów realizowanych w Monachium to właśnie niezbyt kompetentni architekci, którzy próbowali sprawować, zgodnie z tradycją, dyrektywną kontrolę nad modelem, wywołali chaos i bardzo poważne opóźnienia procesu projektowego, które skutkowały spiętrzeniem terminów wykonawczych. Dynamiczny rozwój branż inżynierskich spowodował, że w wielu przypadkach architekt nie jest już w stanie znać wszystkich aktualnych uwarunkowań wynikających z ogromnych możliwości branż inżynierskich. W efekcie powstaje nieodzowna konieczność znacznie wcześniejszego, już na etapie wstępnej koncepcji, włączenia do procesu projektowego branży konstrukcyjnej i instalacyjnej.

W klasycznym systemie projektowania uzgodnienia koncepcji pomiędzy inwestorem i architektem trwają aż do momentu, gdy geometria pomieszczeń, ich funkcja i rozmieszczenie osiągną stan zadowalający obydwie strony. Architekt w oparciu o posiadane doświadczenie określa założenia konstrukcyjne oraz lokalizację przestrzeni technicznych (pomieszczeń i szachtów). W efekcie zdefiniowana zostaje przestrzeń użytkowa oraz wysokość pomieszczeń, stanowiące na późniejszych etapach prac projektowych sztywne zobowiązanie wobec inwestora.

W trakcie tworzenia wielobranżowej koncepcji prowadzi to często do konfliktów, wynikających z nieprzewidzianego wcześniej zapotrzebowania na przestrzeń ze strony branżystów. Uwarunkowania konstrukcyjne prowadzą do konieczności zmiany pierwotnych założeń architektonicznych. Włączeni w ostatniej fazie projektanci instalacji stwierdzają często, że geometria pomieszczeń technicznych utrudnia lub wręcz uniemożliwia prawidłowe ustawienie dobranych wstępnie urządzeń, a szachty wprawdzie w sumie mają wystarczającą powierzchnię, jednak ich usytuowanie i wymiary komplikują bądź wręcz uniemożliwiają prowadzenie w nich rurociągów i kanałów. W efekcie wymusza to stosowanie rozwiązań kompromisowych, ze szkodą dla harmonii obiektu i komplikacjami przy montażu i późniejszym użytkowaniu.

Stworzenie modelu obiektu umożliwia, a nawet zmusza do odpowiednio wczesnego włączenia projektantów branżowych do procesu zagospodarowywania przestrzeni. Na podstawie szacunkowych obliczeń możliwe jest określenie gabarytów i najkorzystniejszych lokalizacji tras i urządzeń instalacyjnych oraz uwarunkowań statycznych konstrukcji. Zamawiający otrzymuje rzetelne podstawy do podejmowania racjonalnych decyzji. Model zawierający elementy wszystkich trzech podstawowych branż umożliwia kompleksowe przedstawienie skutków proponowanych rozwiązań i ich racjonalną optymalizację. Uczestnicy spotkań dyskutują z inwestorem na równorzędnych prawach, mogąc wspólnie szukać optymalnego rozwiązania.

Efekty tej dyskusji są demonstrowane w czasie rzeczywistym na modelu. W porównaniu z dotychczasową wymianą płaskich, nie zawsze dla wszystkich zrozumiałych rysunków, stanowi to zdecydowane usprawnienie. Eliminuje czasochłonne powracanie do pozornie zamkniętych tematów z powodu niewłaściwej interpretacji dokumentacji przez któregoś z członków łańcucha decyzyjnego. Praca na modelu umożliwia szybkie dotarcie do każdego punktu projektowanej budowli, bez konieczności porównywania ze sobą kilku rysunków branżowych. Dzięki temu nawet mniej sprawni w interpretacji dokumentacji projektowej członkowie zespołu kreującego przyszły obiekt mogą efektywnie brać czynny udział w poszczególnych fazach projektowania.

Sprawna koordynacja projektu BIM jest kluczem do sukcesu całego przedsięwzięcia, które powinno się zakończyć przekazaniem użytkownikowi modelu powykonawczego ze wszystkimi danymi ułatwiającymi eksploatację. Coraz częściej pojawia się pojęcie „BIM managera”, który poza posługiwaniem się narzędziami w sposób pozwalający na bezkolizyjny wgląd do realizowanego modelu powinien również panować nad tworzeniem i obsługą powiązanych z modelem banków danych. Metodologia BIM wymusza kolejność wprowadzania do modelu poszczególnych elementów branżowych i ich koordynację. Bardziej potrzebna jest tutaj sprawna logistyka niż bogata wiedza architekta. Niestety wpływ lobby architektonicznego na procesy legislacyjne może po wdrożeniu obecnych „uproszczeń” spowodować poważne komplikacje w realizacji kompleksowych obiektów i otworzyć możliwości różnych spekulacji, których ofiarą będzie ich późniejszy użytkownik.

Literatura

1. https://www.usp-mc.nl/nl/artikel/818/hoe-bim-de-rollen -in-het-bouwproces-verandert.